有机-无机复合改性速生木材研究现状与展望

木材作为一种天然可再生资源被广泛应用于各个领域.近年来,随着我国对木材需求的日益增长和天然林资源的匮乏,速生木材作为硬质木材的替代品越来越受到人们的关注.但速生木材存在密度低、材质疏松、力学性能欠佳等不足,难以用于制造高附加值产品,因此需要对其进行改性增强处理.速生木材具有大量的孔隙和活性官能团,通过浸渍改性不仅可提高其密度和力学强度,还能赋予速生木材新的功能,进而提升其使用价值.传统的浸渍改性按照浸渍液的不同主要分为有机和无机两种方式,但均存在一些不足.有机改性液浸渍中所使用的有机树脂虽能与木材的活性官能团发生交联而形成紧密的结构,但是大多有机树脂含有游离甲醛等易挥发的有毒物质,会对环境和人体健康造成危害.而无机改性剂虽无毒环保,但大多难以在木材中形成稳定的结构,易发生流失与吸湿等现象,影响使用功能.有机-无机复合改性是一种新型的材料复合技术,它能将有机材料与无机材料的优点结合起来,在减少有机树脂用量的同时充分利用其包覆作用(或键结合)来固定无机改性剂以减少流失,并且有机树脂能与木材形成稳定的键结合.因此,在有机-无机材料的协同作用下,改性木材的性能得以大幅度提升,实用价值和应用领域得到进一步扩展.本文以有机-无机复合改性速生木材的研究现状为主题,以硅系、硼系、铜、钙及蒙脱土等无机组分为主线,对其研究进展进行详细描述,并对改性机理进行归纳总结.同时,从基础理论、制备工艺、基本性能以及经济成本等方面提出了有机-无机复合改性木材的发展趋势,旨在推动有机-无机复合改性方法能在速生木材的改性中得到更广泛的应用.     

SiO2 / 杉木粉复合材料的制备和表征

以人工林杉木粉为原料和正硅酸乙酯( TEOS) 为无机前驱体, 依据溶剂热法反应原理, 采用溶胶凝胶的方法制备了SiO₂ / 木材复合材料。通过红外光谱分析( FTIR) 、X射线衍射分析(XRD) 、热失重分析( TGA) 、扫描电子显微镜分析(SEM) 等方法, 研究了该复合材料的结构和性能。研究结果表明, 使用这种方法, 木材的增重率显著提高。木材中的羟基与正硅酸乙酯水解后的羟基发生了缩合反应, 体系中存在Si —O —C 交联网络, 微观上形成了纳米网络结构。木质纤维素的结晶被破坏, 结晶度从75. 37 %(纯木粉) 下降到37. 42 %(木材增重率为78 %的复合体系) 。交联网络的形成显著提高了该材料的耐热性能, 使失重10 %时的热分解温度从270 ℃(纯木粉) 提高到409 ℃。      

纳米壳聚糖−ACQ复合处理木材中铜的抗流失性研究

目的 季铵铜（ACQ）防腐剂中的铜离子易流失,会对环境和人类健康造成威胁,通过生物改性技术来改善ACQ的抗流失性及综合性能。方法 采用离子交联法制备纳米壳聚糖溶液,并对ACQ防腐木进行改性,考察纳米壳聚糖?ACQ复合处理后防腐木的抗流失性及物理特性。结果 当壳聚糖与三聚磷酸钠溶液的质量比为5∶1时,壳聚糖纳米粒子的平均粒径为376 nm;纳米壳聚糖与铜离子优良的螯合性使铜离子的固着率从87.89%提升至95.35%;热重结果表明,纳米壳聚糖?ACQ复合处理后木材在600 ℃时的炭残留率为22.03%,处理后木材表面的水接触角达到69.5°。结论 采用纳米壳聚糖?ACQ复合处理木材后,铜的抗流失性、热稳定性和疏水性能均得到显著提升。     

MH复合N-P阻燃剂的合成及其浸渍处理杨木的阻燃抑烟性研究

提高氮磷阻燃剂浸渍处理杨木的抑烟性,在氮磷阻燃剂合成过程中添加少量氢氧化镁(MH),合成了NP、NPMH-1、NP-MH-2和NP-MH-3。杨木置于浓度为15%阻燃剂溶液中浸渍处理,之后对4个阻燃配方处理材进行烟密度、锥形量热和环境扫描电镜分析。结果表明:MH复合NP处理材的烟密度等级均低于NP处理材。其中NP-MH-1的烟密度等级相比最低,在载药率为13%时出现极大值为34.4,比NP处理材降低约31.81%,远低于国家标准规定的SDR≤75的要求。与NP阻燃剂相比,MH复合NP阻燃剂处理材的第一热释放速率峰值、总热释放量、质量损失、总烟产量和CO产量均有不同程度的降低或减少。其中NP-MH-2的阻燃抑烟效果最好,残炭量比NP提高了47.65%,CO产量比NP降低了74.68%,有毒气体产量大大减少。从阻燃碳层的微观结构来看,MH复合NP阻燃剂在木材内部分散均匀,阻燃处理材表面呈现多孔结构。     

具有保健功效木材的制备及其特性研究进展

木材是与人类关系最为密切的材料之一,作为纯天然的绿色环保材料,其具有完美的属性.它能够调节室内的温湿度,调整人的心理感觉,具有隔热保温、吸音隔声、杀菌灭虫等功能,从某种意义上可以说其具有延长人类寿命的神奇功效.但木材自身的优良功效在面临巨大的保健需求时,其局限性是显而易见的.因此,一些学者期望通过多种方式对木材加以复合或改性,以赋予其多样化的保健功能.现阶段针对具有保健功效的木材的研究制备主要集中于以下几个方面:(1)具有负离子释放功效的保健材,其制备主要集中于天然矿石木材复合改性以及改性剂添加的化学改性处理,多以浸渍的方式引入木材,制备方式简易,但负离子释放量相对较低,且存在流失率高、材料强度降低等缺陷;(2)木基电磁屏蔽保健材,其制备方式主要包括复合法及高温炭化法,其中复合型又包括表面涂覆型以及内部填充型,绝干木材本身为绝缘材,不具备导电功能,但木材为多孔隙结构,通过添加导电物质到木材中,使复合材具备电磁屏蔽的能效;(3)抑菌保健材,以具备杀菌功效的纳米银离子及二氧化钛改性剂载膜于木材表面为主,保健材对部分对人体健康有极大危害的代表性菌种具有显著的抗菌性,且呈现一定的持久性和稳定性;(4)中草药复合保健材,常以中药提取液注入木材,或通过在日常木制成品中直接放置粉末状药材,或在人造板生产过程添加中药成分的方式制备保健材,其方式简单高效,可充分发挥中药的药用价值;(5)远红外辐射保健材,以真空浸渍或贴面等方式与具有远红外线发射性能的材料复合,制备方式简单高效,实用性较强.本文对木材固有的保健功效进行了简述,针对保健材现阶段应用较广泛的领域的研究进展进行了综述,并对具保健功效木材的发展前景进行了展望.     

SrTiO3复合氧化膜对铝阳极箔比容的影响

用柠檬酸盐溶液浸渍沉积法在腐蚀铝箔上制备出SrTiO3-Al2O3复合氧化膜,研究了处理液中Ti和Sr离子浓度与柠檬酸含量、浸渍处理时间、退火温度以及退火时间对铝箔比容的影响.实验结果表明最佳工艺参数为:处理液中Ti和Sr离子浓度分别为3×10-3mol/L,浸渍时间为10分钟,退火温度在550℃、退火时间为1小时.另外,实验结果也表明,处理液中柠檬酸含量对比容的影响不大.使用该工艺,可使腐蚀铝箔的比容提高15%.该复合膜有希望用作电解电容器的电介质.     

基于原位浸渍法的酚醛树脂改性杉木木材研究

以苯酚、甲醛和氢氧化钠为改性剂,通过原位浸渍法对杉木木材进行了改性研究.探讨了浸渍压力、浸渍温度、浸渍时间和原位固化温度对改性杉木木材浸渍效果、强化效果和尺寸稳定效果的影响,并对改性杉木木材的化学结构、内部形貌、结晶结构和耐热性能进行了表征.结果表明,浸渍压力为0.5 MPa、浸渍温度为50℃、浸渍时间为32 h和原位固化温度为80℃时,改性杉木木材的浸渍效果、强化效果和尺寸稳定效果最佳.苯酚与甲醛在杉木木材中发生原位反应,既填充了杉木木材内部纹孔、细胞腔和细胞间隙,又与杉木木材中反应性羟基形成了氢键和化学键结合,从而有效提高了杉木木材的力学性能和耐水性能.酚醛树脂的浸入扰乱了杉木木材中纤维素结晶区定向排序良好的微纤丝,减弱了纤维素分子链的分子间作用,导致杉木木材中纤维素结晶度有一定程度降低.经过酚醛树脂原位浸渍改性后,改性杉木木材的耐热性能显著提高,可显著提高杉木制品的使用安全性.     

Fe_3O_4/木材复合材料的制备及磁性

以FeCl3和FeCl2混合液为浸渍溶液,以普通云南杉木为基体,在常温条件下,采用原位化学合成法制备出Fe3O4/木材复合材料。用X射线衍射仪、红外光谱仪及扫描电镜对复合材料的结构进行了表征,用振动样品磁强计研究了材料的磁性能。结果表明,木材中生成Fe3O4晶粒的平均粒径为14nm,但有一定团聚,木材空隙中的部分铁氧体增大到0.5～2.5μm;合成的Fe3O4与木材间有较强的相互作用,影响了复合材料的磁性能;浸渍溶液浓度对材料的磁性能具有一定影响,当浸渍溶液中Fe离子总浓度为1.2mol/L时材料磁性最强,浸渍溶液浓度过高或过低都会引起材料磁性能的降低;木材的纤维结构对材料磁性能也有一定影响,当外加磁场方向平行于材料纤维方向时,材料的剩余磁化强度要大于磁场方向垂直纤维方向时材料的剩余磁化强度。     

碳基复合材料双极板真空浸渍制备工艺

采用真空浸渍树脂的方法制备燃料电池复合材料双极板,研究真空浸渍过程环氧树脂稀释剂的添加量、温度以及石墨的孔隙结构对浸渍树脂量的影响,并考察制备的燃料电池双极板的导电性能、抗弯强度以及气密性能。结果表明：环氧树脂稀释剂含量的增加和温度的提高可以降低树脂黏度,进而提高树脂的浸渍上限,使树脂能够浸渍填充到更微小的孔隙中,同时仍然存在着一些孔隙无法填充浸透,在膨胀石墨板中0.1μm以下的孔隙难以被完全渗进,导致树脂无法完全填满膨胀石墨的整个孔隙。采用真空浸渍法浸渍环氧树脂/稀释剂体系的适宜温度为50℃,稀释剂乙二醇二缩水甘油醚最优添加比例为15%（质量分数）,所获得的双极板EGP-H平面电导率为340.12 S/cm,抗弯强度为41.52 MPa,氦气渗透率为5.4×10-7 cm3·cm-2·s-1。     

树脂浸渍材热加工特性及相关设备研究进展

目的为了给树脂浸渍木材的热加工特性及相关制造设备研究提供参考,以提高速生材树脂的浸渍改性效果,扩大速生材的应用范围。方法总结归纳树脂浸渍材的热加工特性及设备领域的相关研究成果,论述组合处理工艺对速生材改性效果的重要影响。结果合理的浸渍材干燥及高温热处理过程不仅能够实现树脂的完全固化,而且有助于进一步提高改性材的尺寸稳定性及耐腐性等性能。一体化处理设备能显著降低处理成本,为工业化提供条件。结论进行树脂浸渍材的热加工特性及设备研究对提高速生材改性效果影响显著,具有深入研究价值。     

Processing and characterization of chemically modified wood sawdust reinforced (diospyros,dialium) epoxy composites

Polymer composite materials based on natural fiber such as wood had been widely used for research purposes and engineering interests. The interest in wood reinforced polymer composites had grown quickly due to their better performance in aspects of mechanical properties compared to pure wood. In this study, wood sawdust of diospyros (kayu malam) and dialium (keranji) were chosen to be incorporated into an epoxy-based polymer composite. The wood is made into sawdust, which was treated with boric acid and hydrogen peroxide. Surface treatment with these reagents was used to improve the mechanical properties of the polymer composite compared to untreated wood polymer composite. Sawdust reinforced epoxy composite that was fabricated are with different weight percentages from 0 % (no wood), 5 %, 10 %, 15 % to 20 % wt % for comparison on their tensile, flexural, and impact strength properties. Tensile, flexural, and impact tests were performed to determine the changes in mechanical properties where it was found that tensile strength had increased by 34 percent with an optimum keranji and kayu malam fiber weight of 15 wt % for both boric acid and hydrogen peroxide treatments. For flexural strength, in both wood fibers, the optimum fiber weight was found to 15 wt %, and the addition of wood had increased the strength by 57 percent. As for impact strength, it decreased as the weight of fiber increased, where it was assumed that the addition of wood might have increased the crack initiation. Adhesive bonding between hydrophilic wood sawdust and the hydrophobic epoxy polymer was the phenomenon that was focused on this research. The range of optimum weight percentage of sawdust would be determined from the experiment result.     

铜/碳纳米管复合粒子的制备及其对高氯酸铵热分解性能研究

以碳纳米管为载体, 用化学沉积法制备了Cu/CNTs复合粒子, 并用TEM、SEM、FT-IR、XRD、XPS和DTA对其表观形貌、结构及催化性能进行了表征. 结果表明, CNTs和Cu之间无论是简单混合还是复合, 对高氯酸铵(AP)的热分解均有催化作用. 与纯AP相比, Cu/CNTs复合粒子中的AP高温分解峰温降低126.3℃, 低温分解峰几乎消失, 表观分解热由309.92J/g提高到711.13J/g; 与简单混合物相比, 复合粒子中的AP高温分解峰温降低11.4℃, 表观分解热由494.06J/g提高到711.13J/g. 表明CNTs与Cu的复合处理可显著提高其对AP热分解反应的催化作用.     

PLA/wood biocomposites: Improving composite strength by chemical treatment of the fibers

A resol type phenolic resin was prepared for the impregnation of wood particles used for the reinforcement of PLA. A preliminary study showed that the resin penetrates wood with rates depending on the concentration of the solution and on temperature. Treatment with a solution of 1 wt% resin resulted in a considerable increase of composite strength and decrease of water absorption. Composite strength improved as a result of increased inherent strength of the wood, but interfacial adhesion might be modified as well. When wood was treated with resin solutions of larger concentrations, the strength of the composites decreased, first slightly, then drastically to a very small value. A larger amount of resin results in a thick coating on wood with inferior mechanical properties. At large resin contents the mechanism of deformation changes; the thick coating breaks very easily leading to the catastrophic failure of the composites at very small loads.     

聚乙烯醇/玉米秸秆微晶纤维素复合膜的制备与性能

采用玉米秸秆微晶纤维素(CSCMC)作为增强剂,生物可降解材料聚乙烯醇(PVA)作为基体,制备了PVA/CSCMC复合膜材料,并对复合膜的结构、热稳定性能、力学性能进行了测试。结果表明,玉米秸秆微晶纤维素可增强复合膜材料的热稳定性能和力学性能。当CSCMC的质量分数为10%时增强效果最佳,与纯的PVA膜相比,复合膜的起始分解温度和最大重量损失率温度分别提高了19.25℃和17.17℃,拉伸强度提高了37.91%,断裂伸长率提高了58.93%。     

Si元素对碳纳米管增强铝基复合泡沫组织与性能的影响

针对金属基复合材料,添加合金元素是提升其综合性能的有效途径。本文通过高能球磨和填加造孔剂法,制备了添加Si元素的碳纳米管(CNTs)增强铝基(CNTs/Al-Si)复合泡沫,通过准静态压缩实验测试其压缩性能和吸能性能,进一步研究烧结温度和不同Si元素含量对CNTs/Al-Si复合泡沫微观组织、压缩性能和吸能性能的影响,并结合压缩断口形貌分析其断裂失效机制。结果表明:随着烧结温度的升高,CNTs/Al-Si复合泡沫的致密度和结合性提高,当烧结温度为600℃、Si质量分数为7wt%时,CNTs/Al-Si复合泡沫的屈服强度、平台应力和吸能性能,较烧结温度为550℃时分别提高了98.4%、167.7%和166.4%;Si元素的添加可以在球磨过程中细化复合粉末颗粒,经合金化后的CNTs/Al-Si复合泡沫强度和塑性均有所改善。与CNTs/Al复合泡沫相比,Si质量分数为7wt%的CNTs/Al-Si复合泡沫屈服强度和平台应力分别提高了58.5%和117.8%,吸能性能明显提高。      

木聚糖酶处理对西南桦木/HDPE复合材料性能的影响

采用木聚糖酶溶液对西南桦木粉进行处理,并利用热压成型工艺制得西南桦木/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料,考察酶溶液浓度、处理时间及温度对西南桦木/HDPE复合材料拉伸强度、弯曲强度等力学性能的影响,从而获得木聚糖酶处理的最佳工艺条件。借助傅里叶红外光谱分析技术和扫描电子显微镜,分析木聚糖酶处理后西南桦木纤维的化学官能团变化和西南桦木/HDPE复合材料的断面形貌。结果表明：木聚糖酶处理能够增强西南桦木/HDPE复合材料的界面结合。在木聚糖酶溶液浓度为2.67 mg/L,温度为40℃,pH值为4.5的条件下处理2 h后,西南桦木粉的纤维素相对含量及结晶度增加,半纤维含量减小,木质素相对含量增加;木纤维的材质变软、表面变得粗糙,增大了与塑料分子的接触面积,从而提高了西南桦木/HDPE复合材料的力学性能。     

纺丝液合成因素对木材液化物炭纤维原丝性能的影响

利用木材苯酚液化物合成纺丝液, 熔融纺丝制成新的炭纤维原丝, 研究了纺丝液合成因素对原丝性能的影响。试验结果表明: 增加合成纺丝液时液化原料中的苯酚/木材比(液固比), 则原丝的力学性能提高明显, 其中液固比由3增加至4时, 原丝拉伸强度增加了近9倍; 合成剂用量的增加却导致原丝力学性能的降低, 当合成剂用量为6%时, 原丝的拉伸强度和拉伸模量降幅较明显, 而断裂伸长率的最大降幅却出现在合成剂用量为4%时; 原丝的拉伸强度和拉伸模量随合成温度的升高而增加, 但增幅较小, 断裂伸长率随合成温度的升高却呈下降趋势, 且从110℃升高到115℃时断裂伸长率降幅较大; 原丝的力学性能随合成纺丝液升温时间的增加而先升高后降低, 升温时间为40min时制备的炭纤维原丝的力学性能最优。      

Effects of Solution Temperature on Tensile Properties ofSiC_w/2024Al Composite

The effects of solution (quench) temperature on the properties of SiCw/Al composite have been investigated using tensile tests. The experiments indicate that the solution temperature of the composite fabricated by P/M technique can be raised to 560℃. The tensile strength of the composite is obviously dependent on solution (quench) temperature and the composite solutionized at 540℃ exhibits a maximum of tensile strength and elongation-to-failure. These results can be accounted for by the variation of the dislocation density in the composite.     

取向碳纳米管膜/氰基树脂复合材料的制备与性能强化机制

以浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)碳纳米管(CNT)膜为原料,通过氰基树脂溶液浸渍法制备CNT预浸膜,然后采用热辅助牵伸和热压固化的方法制备高取向CNT膜复合材料。详细分析了热处理的温度和树脂溶液浓度对CNT预浸膜拉伸性能的影响,从而得到合适的热辅助牵伸工艺,并考察固化工艺对复合材料性能的影响。在此基础上,从浸润特性、CNT取向程度和层间剪切性能方面揭示CNT膜复合材料力学性能的强化机制。结果表明与传统CNT膜牵伸工艺相比,CNT预浸膜热牵伸工艺更有利于制备高取向CNT膜复合材料。热牵伸的温度和树脂溶液的浓度是制备高取向、低孔隙CNT预浸膜的关键因素。通过固化工艺的改变可有效调控氰基树脂的反应程度碳纳米管薄膜/氰基树脂复合材料的拉伸性能。经高温后固化处理后,CNT膜/氰基树脂复合材料的拉伸强度和模量分别高达2 748 MPa和302GPa。优异的树脂浸润特性、层间剪切强度以及高的CNT取向度使CNT膜复合材料中CNT更有利于协同承载,从而提高其力学性能。     

炭/炭复合材料用高性能浸渍剂沥青的研究

根据原生QI杂质由微米级炭粒构成的特性,采用溶剂絮凝法对煤焦油进行了净化处理,以净化煤焦油为原料制备了低QI含量的高性能浸渍剂沥青,对比研究了高性能浸渍剂沥青的流变性能和渗透性能。结果证实:高性能浸渍剂沥青极大地改善了浸渍效果,并且使炭/炭复合材料的力学性能显著提高。